Karakteristisk røntgenstråling

Den karakteristiske røntgenstrålingen er et linjespekter av røntgenstråling som oppstår ved overganger mellom energinivåene til det indre elektronskallet og er karakteristisk for det respektive elementet . Det ble oppdaget av Charles Glover Barkla , som mottok Nobelprisen i fysikk for det i 1917 .

Fremvekst

De karakteristiske linjene i røntgenspekteret ( , , ...) som er opprettet i bildet av skallet modell som følger:

  1. En av elektronene med gratis energi med høy energi slår ut et elektron som er bundet i henhold til elektronkonfigurasjonen i det indre skallet av atomet. Ved å gjøre dette må minst like mye energi overføres til det berørte elektronet som er nødvendig for å hoppe på et ennå ledig skall. Vanligvis er støtenergien større enn den forrige bindingsenergien til elektronet, og atomet er ionisert .
  2. Det resulterende gapet lukkes av et elektron fra et skall lenger ut. For å gjøre dette må høyere energi-elektronet til skallet som ligger lenger utenfor, gi opp energiforskjellen når du bytter til et skall som ligger lenger inne. Den avgir et foton (strålingskvantum).

Fotonenergien er typisk i størrelsesorden 1-100  keV som tilsvarer energiforskjellen til elektronskallet i de to tilstandene (manglende elektron i det indre skallet og i det ytre skallet) og er derfor i det elektromagnetiske spekteret i X -stråle rekkevidde. Strålingskvantene har derfor energidifferansen mellom det høyere (f.eks. L-) og det nedre (f.eks. K-) skallet. Siden denne energiforskjellen er elementspesifikk, kalles denne røntgenstråling karakteristisk røntgenstråling .

Den bølgelengden og således den energi av den emitterte stråling kan beregnes ved hjelp av Moseley lov .

Betegnelse på spektrallinjene

De tre første K-linjene og de tilhørende energinivåene
De tre første K-linjene av kobber

For å betegne røntgenlinjene, spesifiser først det indre skallet som elektronet passerte under emisjonen, f.eks. B. K, L, M angir etc. En greske bokstaven som en indeks differansen til hoved  quantum antallet n av det ytre skallet fra hvilket elektronet kom. Tilsvarer f.eks

  • en indeks en av 1, dvs. H. det neste høyere skallet (for K-serien er dette L-skallet)
  • en indeks en av 2 (for K-serien er dette M-skallet) etc.

I L- og M-serien og i tilfeller av atomer med høyere atomnummer er denne oppgaven ikke lenger så klar. Spaltingen av den fine strukturen spiller en rolle her. I tillegg til den greske indeksen brukes en numerisk indeks for å skille linjene.

Utseende av flere spektrallinjer etter en elektroneksitasjon

Atomer med et høyere atomnummer har flere ytre skall som kan levere et elektron for å fylle hullet i det indre skallet. Hullet kan også oppstå i forskjellige indre skall. Følgelig kan disse atomene også avgi røntgen av forskjellige energier.

  • Etter et elektron z. B. har falt fra L til K-skallet, er L-skallet igjen underbemannet. Et annet elektron fra et enda høyere skall faller ned og sender ut en ny foton . Denne andre foton har lavere energi og bidrar til L-linjen i dette eksemplet.
  • I tillegg til røntgenutslipp - spesielt når det gjelder lysatomer med atomnummer - er overføring av energi til elektroner lenger ut en annen måte å kompensere for energiforskjellen (se Auger-effekten ).

Generasjon i røntgenrøret

Spektrale linjer av røntgen fra en kobberanode. Den horisontale aksen viser avbøyningsvinkelen etter Bragg-refleksjon på et LiF-krystall

I et røntgenrør treffer høyenergielektroner en anode og der genererer både karakteristiske røntgenstråler og bremsstrahlung . I det grafisk representerte spekteret vises linjene til de karakteristiske røntgenstrålene som høye høyder ( topper ) på den kontinuerlige bakgrunnen til bremsstrahlung.

applikasjon

Den karakteristiske røntgenstrålingen observeres med detektorer som bestemmer energien eller bølgelengden til røntgenkvantene. Spekteret gjør det mulig å trekke kvalitative konklusjoner om elementets sammensetning av prøven, og en ZAF-korreksjon muliggjør også kvantitativ analyse. Dette prinsippet brukes i røntgenfluorescensanalyse , energidispersiv (EDX / EDS) og bølgelengde dispersiv røntgenspektroskopi (WDX / WDS).

weblenker

Se også